一种可在线运行的原麦汁浓度检测仪

　　原麦汁浓度是啤酒生产过程中的一项重要技术指标。该指标的好坏直接影响啤酒的口味、颜色,因此在生产中必需时刻对各工艺阶段的溶液进行原麦汁浓度检测。

　　目前,国内对原麦汁浓度进行在线检测的研究还是一个空白。啤酒厂一般采用人工取样,在化验室离线分析的方法来检测啤酒的原麦汁浓度。一般情况下,从取样到化验室出结果需要1~2h。在糖化工序中,对原麦汁浓度要求最高的煮沸工艺来讲,等化验结果出来,煮沸过程已经结束了,显然这种测试方法不能满足生产的需要。在实际生产中,为了及时了解原麦汁浓度,工人们凭借经验及简陋的比重计来确定啤酒的原麦汁浓度,工作繁琐,并且难以实现精确测量。因此,对原麦汁浓度进行在线检测显得尤其重要。

　　1　检测原理

　　溶液的折射率与其浓度之间具有一一对应的函数关系。对于啤酒来说,其折射率与浓度之间呈线性比例关系,因而可通过检测啤酒溶液的折射率来确定其浓度。

　　在仪器设计中,用蓝宝石棱镜作为光密介质,光疏介质即为被测量的啤酒,因而当光从光密介质向光疏介质入射时,在反射光形成的区域中,形成亮暗分明的图像,其分界线即对应于入射角为临界角的光线。浓度的变化将导致反射光的分界线发生变化,只要测出分界线的位置即可知被测溶液的折射率,进而获得原麦汁浓度。

　　由于溶液的浓度受温度的影响,一般情况下,其浓度随温度的升高而减小,特定溶液中,溶液的浓度与温度的变化呈线性比例关系,因而在仪器中,要有测温装置,随时检测溶液温度的变化,并对由于温度的变化引起的测量误差进行补偿。

　　2　探头结构

　　传感器探头的结构图如图1所示,红光LED发出的光,从入射光筒组成的入射光路,入射到反射镜,经反射镜反射后,以一定的角度入射到蓝宝石棱镜的一侧,经棱镜反射后,形成包含有全反射光的亮暗分明的光斑图像,从棱镜另一侧发出,经反射光路,将图像传输到探测器上。

　　以电荷藕合器件CCD阵列作为光电探测器,接收从测量棱镜反射的光学图像,把常规的反射能量强度信号检测改为光强分布图像信号的检测,由此以高低电平脉冲数的分布确定原麦汁浓度值,避免了通常探测和放大能量信号时的漂移及数据采集误差导致测量精度降低的缺点,具有极强的抗干扰能力。

　　壳体部分采用不锈钢制成,为了防止泄漏,采用一体结构,由于溶液温度较高,达100℃,探头必须浸入液体中,而CCD和LED不能直接放入探头中,需隔热布局。整个壳体分为前后两部分,它们之间用聚四氟乙烯垫圈隔开,起隔热作用。壳体的尾部制成散热形式,经过这样的处理,被测溶液的热量就不会传递到传感器的尾部。